煤礦回采巷道支護設計技術(shù)

      1.巷道斷面的最佳設計
　　在我國隨著礦井開采深度的增加，工作面回采機械化程度提高，要求回采巷道斷面積加大，因而使礦壓顯現(xiàn)更加劇烈，回采巷道的支擴問題在煤礦生產(chǎn)中越來越突出。在很多礦井中，由于巷道斷面縮小，嚴重影響工作面運輸、通風，常常形成“ 爬行巷道”，從而威脅井下的安全生產(chǎn)，使得工作面機械生產(chǎn)能力不能充分發(fā)揮。而且回采巷道的多次返修還是造成煤炭企業(yè)虧損、采掘接替緊張的主要原因之一。
　　2.巷道的最佳掘進時間
　　在上區(qū)段工作面推進過程中，頂板運動的發(fā)展過程分兩個階段，顯著運動階段和相對穩(wěn)定階段。在顯著運動階段，上覆巖層支承力不斷發(fā)展變化，造成采空區(qū)側(cè)煤體支承壓力的變化，煤體發(fā)生較大變形。如果在顯著運動階段掘進巷道，則巷道容易產(chǎn)生變形破壞，不利于巷道維護。當上區(qū)段采場老項觸矸后，頂板運動處于相對穩(wěn)定階段，支承壓力已經(jīng)重新分布，煤體變形基本穩(wěn)定。此時掘進巷道， 則巷道不易變形破壞，易于維護。因此，上區(qū)段采場老頂觸矸后頂板運動的相對穩(wěn)定階段為沿空掘巷的最佳時間。
　　3.巷道支護參數(shù)的選擇
　　支護是巷道施工的一個重要環(huán)節(jié)，正確而又及時的支護，巷道掘進工作才能正常的進行。支護的工作量一般占巷道總成本的1/3～ 1/2 ，勞動強度大。因此選擇合理的支護型式有著重要的意義。巷道支護參數(shù)的合理選擇直接影響到巷道支護的經(jīng)濟效益并與巷道支護效果和安全生產(chǎn)有關(guān)。在巷道支護方案設計和井下巷道旌工中，一方面要求巷道支護參數(shù)的物理意義必須明確，能夠直接指導支架的設計和巷道的施工。另一方面要求支護參數(shù)在設計和施工時，易于被現(xiàn)場廣大工程技術(shù)人員掌握使用。
　　4.巷道支護形式的選擇
　　在巷道支護中，錨桿支護與傳統(tǒng)的棚式支護相比，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性。目前的巷道錨桿支護設計方法具體可歸納為三大類：工程類比法、理論計算法和以計算機數(shù)值模擬為基礎的設計方法。
　　4.1 工程類比法
　　工程類比法是建立在已有工程設計和大量工程實踐成功經(jīng)驗的基礎上，在圍巖條件、施工條件及各種影響因素基本一致的情況下，根據(jù)類似條件的已有經(jīng)驗， 進行待建工程錨桿支護類型和參數(shù)設計。這種方法不是簡單照搬， 而是首先搞清楚待建巷道的地質(zhì)條件與圍巖物理力學參數(shù)， 科學的進行圍巖分類的情況下， 然后在針對不同的圍巖類別，根據(jù)巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件確定錨桿支護參數(shù)。這是一種是實用的方法， 在煤礦錨桿支護設計中占有主導地位。
　　實踐證明，在工程條件接近時，采用工程類比法進行錨桿支護設計可能是十分有效的。然而由于煤層賦存條件千差萬別，某一類別中尚存在各種不同情況， 使用時必須參照多方面的經(jīng)驗加以應用。
　　4.2 理論計算法
　　錨桿支護理論計算法利用懸吊理論、冒落拱理論以及其它各種力學方法， 分析巷道圍巖的應力與變形，進行錨桿支護設計，給出錨桿支護參數(shù)的解析解。
　　4.2.1 按懸吊理論設計錨桿支護參數(shù)在層狀巖層中開挖的巷道，頂板巖層的滑移與分離可能導致頂板的破碎直至冒落在節(jié)理裂隙發(fā)育的巷道中，松脫巖塊的冒落可能造成對生產(chǎn)的威脅：在軟弱巖層中開挖的巷道圍巖破碎帶內(nèi)不穩(wěn)定巖塊在自重作用下了可能發(fā)生冒落。如果錨桿加固系統(tǒng)能夠提供足夠的支護阻力將松脫頂板或危巖懸吊在穩(wěn)定巖層中，就能保證巷道圍巖的穩(wěn)定。
　　4.2.2 冒落拱理論法
　　這種方法應用冒落拱分析圍巖的松動區(qū)狀態(tài)，認為錨桿支護的作用是防止松動破碎區(qū)的圍巖垮落。設計用主要參數(shù)的獲取靠經(jīng)驗法并結(jié)合一定的觀測手段來實現(xiàn)。設計主要用于確定錨桿的間、排距。
　　4.3 數(shù)值模擬分析法
　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，數(shù)值模擬分析法已在求解巖土工程問題中得到廣泛的應用，并取得了巨大的成功，盡管仍存在不同的觀點，但人們逐步認識到數(shù)值模擬分析是地下巖石工程設計和分析研究的重要手段。數(shù)值模擬方法是通過對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)造數(shù)學模型，利用計算機求解大規(guī)模的代數(shù)聯(lián)立方程組來模擬結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的反跌過程的。它們有其優(yōu)點也有不足。
　　5.支護準側(cè)及方法
　　對困難、復雜條件下的煤巷圍巖地質(zhì)力學條件和變形破壞的特點，在保證生產(chǎn)安全的條件下，力求獲得交好的技術(shù)經(jīng)濟效益。
　　結(jié)論
　　回采巷道的設計應該選擇合理的斷面，確定最佳的掘進位置、合理的掘進時間。在最佳時機選擇合適的支護方法進行支護， 可以取得較好的支護效果， 同時也可以降低維護費用。